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低压配电系统接地形式的选择

已有 335 次阅读2014-8-5 11:23

内容摘要:本文对低压配电系统的接地形式、以及在设计、施工、验收、运行维护中存在的问题进行分析说明。并对各种低压配电接地系统优缺点进行分析。提出如何通过有效的低压配电接地系统,提高低压配电网供电可靠性,减少用电设备的损坏、甚至发生严重人身伤害的后果,从而提高低压电网的可靠性,保证设备与人身安全。 

    引 言 

    目前我市低压配电系统的主要接地形式只有一种TN-C 接地方式。现在用户的用电设备品种越来越多,有的用电设备对电压的要求很高。这种方式在发生低压线路中性线断线时,常会烧坏用户的电气设备;或者在配电变压器负荷三相不平衡时、电压有波动时,引起部分用户的敏感性电子设备烧坏。 

    为提高供电可靠性,更好的为用户服务,在设计中能根据不同用户、不同电气装置的特性、不同运行条件和要求、维护能力的大小,综合用户、专变用户的要求及设计安装人员的意见,因地制宜地选用接地方式,在施工、验收、运行等工作中,加强对接地系统的维护,就可以减少事故的发生,提高优质服务水平。 

    一、 低压接地系统的基本方式及特点 

    现低压接地系统常用有五种形式为; TN-C、 TN-S、 TN-C-S、IT、TT,其各自的特点如下。 

    1、 TN 方式供电系统 

    1) TN 方式供电系统是将电气设备的外露导电部分与工作中性线相接的保护系统,称作接零保护系统,用 TN 表示。它的特点如下: 

    1)当电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时,实际上就是单相对地短路故障,理想状态下电源侧熔断器会熔断,低压断路器会立即跳闸使故障设备断电,产生危险接触电压的时间较短,比较安全。 

    2) TN 系统节省材料、工时,应用广泛。 

    3)TN 方式供电系统中, 国际标准IEC60364规定,根据中性线与保护线是否合并的情况,TN系统分为如下三种:□ TN-C□ TN-S□ TN-C-S 

    TN-C 方式供电系统 

    本系统中,保护线与中性线合二为一,称为PEN线。如图1所示。 

      

      

图 1 TN—C系统,整个系统的中性线与保护线是合一的 

    优点:TN-C方案易于实现,节省了一根导线,且保护电器可节省一极,降低设备的初期投资费用;发生接地短路故障时,故障电流大,可采用一过流保护电器瞬时切断电源,保证人员生命和财产安全 

    缺点:线路中有单相负荷,或三相负荷不平衡,及电网中有谐波电流时,由于PEN中有电流,电气设备的外壳和线路金属套管间有压降,对敏感性电子设备不利;PEN线中的电流在有爆炸危险的环境中会引起爆炸;PEN线断线或相线对地短路时,会呈现相当高的对地故障电压,可能扩大事故范围;TN-C系统电源处上使用漏电保护器时,接地点后工作中性线不得重复接地,否则无法可靠供电。 

    TN-S 方式供电系统 

    本系统中,保护线(PE)和中性线(N)严格分开,称作 TN-S 供电系统。如图2所示。 

      

      

图2TN—S系统,整个系统的中性线与保护线是分开的 

    优点:正常时即使工作中性线上有不平衡电流,专用保护线上也不会有电流。适用于数据处理和精密电子仪器设备,也可用于爆炸危险场合;民用建筑中,家用电器大都有单独接地触点的插头,采用TN-S系统,既方便,又安全;如果回路阻抗太高或者电源短路容量较小,需采用剩余电流保护装置RCD对人身安全和设备进行保护,防止火灾危险;TN-S 系统供电干线上也可以安装漏电保护器,前提是工作中性线N线不得有重复接地。专用保护线PE 线可重复接地,但不可接入漏电开关。 

    缺点:由于增加了中性线,初期投资较高; TN-S系统相对地短路时,对地故障电压较高。 

    TN-C-S 方式供电系统 

    本系统是指,如果前部分是 TN-C方式供电,但为考虑安全供电,二级配电箱出口处,分别引出 PE 线及N线,即在系统后部分二级配电箱后采用 TN-S 方式供电,这种系统总称为 TN-C-S 供电系统。如图 3 所示。 

      

      

图 3 TN—C—S系统,系统有一部分中性线与保护线是合一的 

    优点:工作中性线 N 与专用保护线 PE 相联通,如图2-3 联通后面 PE 线上没有电流,即该段导线上正常运行不产生电压降;联通前段线路不平衡电流比较大时,在后面 PE 线上电气设备的外壳会有接触电压产生。因此,TN-C-S 系统可以降低电气设备外露导电部分对地的电压,然而又不能完全消除这个电压,这个电压的大小取决于联通前线路的不平衡电流及联通前线路的长度。负载越不平衡,联通前线路越长,设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大,而且在 PE 线上应作重复接地;一旦PE 线作了重复接地,只能在线路末端设立漏电保护器,否则供电可靠性不高;对要求PE 线除了在二级配电箱处必须和 N 线相接以外,其后各处均不得把PE 线和 N 线相联,另外在 PE 线上还不许安装开关和熔断器;民用建筑电气在二次装修后,普遍存在 N 线和 PE 线混用的情况,混用后事实上使TN-C-S系统变成TN-C系统,后果如前叙。鉴于民用建筑的N 线和 PE 线多次开断、并联现象严重,形成危险接触电压的情况机会较多,在建筑电器的施工与验收中需重点注意。 

    2、 IT 方式供电系统 

    系统的电源不接地或通过阻抗接地,电气设备的外壳可直接接地或通过保护线接至单独接地体。如图 4 所示。 

    图4 I 

      

      

    T系统 

    优点:运用 IT 方式供电系统,由于电源中性点不接地,相对接地装置基本没有电压。电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏时,单相对地漏电流较小,不会破坏电源电压的平衡,一定条件下比电源中性点接地的系统供电可靠; IT 方式供电系统在供电距离不是很长时,供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所,有连续供电要求的地方,例如医院的手术室、地下矿井、炼钢炉、电缆井照明等处。 

    缺点:如果供电距离很长时运用 IT 方式供电,从图 3-1 可见,电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时,由于供电线路对大地的分布电容会产生电容电流,此电流经大地可形成回路,电气设备外露导电部分也会形成危险的接触电压;TT 方式供电系统的电源接地点一旦消失,即转变为IT 方式供电系统,三相、二相负载可继续供电,但会造成单相负载中电气设备的损坏;如果消除第一次故障前,又发生第二次故障,如不同相的接地短路,故障电流很大,非常危险,因此对一次故障探测报警设备的要求较高,以便及时消除和减少出现双重故障的可能性,保证IT系统的可靠性。 

    3、TT 方式供电系统 

    本系统是指,电力系统中性点直接接地,电气设备外露导电部分与大地直接联接,而与系统如何接地无关。专用保护线(PE线)和工作中性线(N线)分开,PE线与N线没有电的联系。正常运行时,PE线没有电流,N线可以有电流。在 TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地,如图 5所示。 

      

图 5 TT系统整个系统中性线与保护线是分开的 

    优点: TT 供电系统中当电气设备的相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电时,由于有接地保护,可以减少触电的危险性;电气设备的外壳与电源的接地无电气联系,适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备;故障时对地故障电压不会蔓延。 

    缺点:短路电流小,发生短路时,短路电流保护装置不会动作,易造成电击事故;受线路零序阻抗及接地处过渡电阻的影响,漏电电流可能比较小,低压断路器不一定能跳闸,会造成漏电设备的外壳对地产生高于安全电压的危险电压,一般需要设漏电保护器作后备保护;由于各用电设备均需单独接地,TT 系统接地装置分散、耗用钢材多、施工复杂较为困难; TT 供电系统在农村电网应用较多,一相一地的偷电方式,是电源出口处漏电保护器频繁动作的主要原因;如果工作中性线断线,健全相电气设备电压升高,会造成成批电器设备损坏。因此《架空绝缘配电线路设计技术规程 DL/T 601—1996》中10.7规定: 中性点直接接地的低压绝缘线的中性线,应在电源点接地。在干线和分支线的终端处,应将中性线重复接地。三相四线供电的低压绝缘线在引入用户处,应将中性线重复接地。 

    三、目前我市低压接地系统的主要形式及存在的问题 

    目前我市区低压接地系统的主要形式都是从配电变压器的桩头上,将中性线与变压器的外壳接在一起,将其直接接地,这根中性线一直到用户表计处,再把保护线与中性线分开装在两个铜排上,有的利用楼房内建设时留下的接地点进行连接,在施工中也没有人对其接地网情况进行接地电阻测量,有很多接地电阻是不合格的;有的在施工中就是把中性线分别接在接地和中性线铜排上,就是加了接地线,也从来没有人对其进行维护和检查,没有运行维护责任人,正常情况下,都是可以送电、运行的。这种运行方式就是我们上面讲的TN—C接地系统。多年来常因接地系统问题,发生家用电器坏,而起赔偿事件,优质服务的水平也受到了一定的影响。 

    在这种TN—C接地系统的使用中,我们会常发生因中性线的搭头线在铜铝搭接时,没有使用铜铝过渡线夹,时间长了产生铜铝氧化接触不良现象;有的搭头联接时间长了会有松动现象,而产生发热,形成断线故障;有接地体时间长了接地电阻达不到要求,而产生故障;有因接地线被盗而产生整个线路没有接地点现象;或有电网的系统电压产生变化,而引起用户电压升高;中性线因外力破坏,而引起断线;这些问题都会引起烧坏用户设备事故。 

    这就是我们经常因发生有低压线路中性线断线,而常常会烧坏用户的电气设备,或者在配电变压器负荷三相不平衡时,电压会有上下波动,从而引起部分用户的敏感性电子设备烧坏的原因。 

    四、对策与措施 

    从以上各接地系统优缺点进行的分析情况来看,因IT 方式供电系统和TT 供电系统,在供电低压线路上使用时,当线路发生故障,用电设备会产生危险电压,对人身的安全有危险性,所有供电线路不建议使用。我们只从TN-C 、TN-S、TN-C-S三种供电系统方式中来选择。 

    现常使用的低压配电系统接地形式为TN-C供电系统方式,其存在的问题在上面以说过,所以今后在新上配电变压器设计时,可以根据配电变压器的主要低压负荷是什么,对电压、供电可靠性有什么要求等,对不同的变压器使用要求,设计不同的低压接地方式;对于用户有大功率的起动电流时,应要求用户安装软起动设备,保证其不对供电网的电压有较大的影响;对于新上的公用配电变压器可以采用一些TN-S接地系统,利用从变压器出口就增加一根保护线的方法,来加强对设备的保护,如试点运行良好的,可加大使用这种方法;在现有情况下,可以对一些重要低压用户,在其进线外的低压分支箱处把TN—C接地系统改为TN—C-S接地系统,并增加接地棒,保证其供电可靠性。 

    在施工单位施工过程中,要严格按照设计要求进行施工,要充分认识到低压接地系统对供电线路的影响,不紧要对线路上的变压器、开关、电缆等处的接地体进行测量接地电阻,也要对用户电表箱处、低压分支箱处的接地网、接地体进行接地电阻测量,保证接地系统完好。 

    在对新设备验收时,要请用户对楼房整体的接地网进行测量接地电阻,并出具试验报告;要加强对线路接地系统的验收;对接地线的搭头要进行抽查,是否有螺丝松动,接触不良现场;线路中的铜铝接头处,是否用了铜铝过渡线夹进行过渡等;其接地系统的施工是否安照设计要求施工。 

    运行人员在日常运行维护中,要加强对接地系统中的搭头处的发热情况定时进行红外测温,有发热情况要及时处理;对配变负荷、电压要进行测量,保证变压器三相负荷基本平衡,防止用户电压有较大波动,建立接地体(网)的台帐,定期对线路上所有的接地体、接地网进行测量,对不合格的接地及时进行处理。对线路的铜铝接头处进行检查,对没有用铜铝过渡线夹进行联接的,要安排计划进行更换处理。 

    要加强对广大用户的教育宣传工作,在居民建筑修理房屋过程中,人们对电气改造时,普遍存在 N 线和 PE 线混用的情况,混用后事实上使TN-C-S系统变成TN-C系统。使民用建筑的N 线和 PE 线多次开断、并联现象严重,形成危险接触电压的情况机会较多;同时对铜线和铝线的混用情况也很多,时间一长,就会产生铜铝氧化,形成接触不良,产生中性线或保护线断线现象,在房屋的施工与验收中要重点注意。 

    五、结束语 

    通过以上分析表明,对于选择TN-C 、TN-S、TN-C-S三种供电接地系统方式中的那一种,作为供电线路的接地方式,要根据电气装置的特性、运行条件和要求以及维护能力的大小,综合用户和设计安装人员的意见因地制宜地选用。只要符合安装和运行规范要求,三种接地系统方式都可以使用,但根据淮安市区的实际情况,本人认为有步骤的开展使用TN-S接地系统更好一点。同时为保证最大的安全性和灵活性,本人认为三种接地系统可以按配电变压器为一个单位,同时应用在同一地区的供电电网中。 

    在做好接地系统方式选择的同时,我们在日常工作中应加强对低压接地系统的重视,在设计、施工、验收、运行维护等工作中,要认真对待,提高供电可靠性,少减因接地系统的故障而引起的用户烧坏家用电气的事故。

 标签:电力电容器 并联电容器 串联电抗器 无功补偿 提高功率因数


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